El blindaje utilizado en cables y alambres se basa en dos conceptos completamente distintos: el blindaje electromagnético y el blindaje de campo eléctrico. El blindaje electromagnético está diseñado para evitar que los cables que transmiten señales de alta frecuencia (como los cables de radiofrecuencia y los cables electrónicos) causen interferencias externas, o para bloquear las ondas electromagnéticas externas que interfieren con los cables que transmiten corrientes débiles (como los cables de señal o de medición), así como para reducir la diafonía entre los conductores. El blindaje de campo eléctrico está diseñado para equilibrar el campo eléctrico intenso en la superficie del conductor o en la superficie de aislamiento de los cables de alimentación de media y alta tensión.
1. Estructura y requisitos de las capas de blindaje contra campos eléctricos
El apantallamiento de los cables de potencia incluye el apantallamiento de los conductores, el apantallamiento del aislamiento y el apantallamiento metálico. Según las normas pertinentes, los cables con una tensión nominal superior a 0,6/1 kV deben contar con una capa de apantallamiento metálico, que puede aplicarse a cada conductor aislado o al conductor del cable multifilar trenzado. Para los cables con aislamiento XLPE con una tensión nominal no inferior a 3,6/6 kV y los cables con aislamiento EPR de baja tensión nominal no inferior a 3,6/6 kV (o cables con aislamiento de alta tensión nominal no inferior a 6/10 kV), también se requieren estructuras de apantallamiento semiconductoras internas y externas.
(1) Blindaje de conductores y blindaje de aislamiento
El blindaje del conductor (blindaje semiconductor interno) debe ser no metálico y consistir en un material semiconductor extruido o en una cinta semiconductora enrollada alrededor del conductor, seguida de una capa semiconductora extruida.
El blindaje aislante (blindaje semiconductor externo) es una capa semiconductora no metálica extruida directamente sobre la superficie exterior de cada núcleo aislado, que puede estar firmemente adherida o ser desprendible del aislamiento. Las capas semiconductoras internas y externas extruidas deben estar firmemente adheridas al aislamiento, con interfaces lisas, sin marcas de filamentos evidentes, bordes afilados, partículas, marcas de quemaduras ni arañazos. La resistividad antes y después del envejecimiento no debe exceder los 1000 Ω·m para la capa de blindaje del conductor y los 500 Ω·m para la capa de blindaje aislante.
Los materiales de blindaje semiconductor interno y externo se fabrican mezclando los materiales aislantes correspondientes (como polietileno reticulado, caucho de etileno-propileno, etc.) con negro de humo, antioxidantes, copolímero de etileno-acetato de vinilo y otros aditivos. Las partículas de negro de humo deben estar uniformemente dispersas en el polímero, sin aglomeración ni mala dispersión.
El grosor de las capas de blindaje semiconductor internas y externas aumenta con el nivel de tensión. Dado que la intensidad del campo eléctrico en la capa aislante es mayor en el interior y menor en el exterior, el grosor de las capas de blindaje semiconductor también debe ser mayor en el interior que en el exterior. Anteriormente, el blindaje semiconductor externo era ligeramente más grueso que el interno para evitar arañazos por un control deficiente de la flecha o perforaciones causadas por cintas de cobre demasiado duras. Ahora, con la monitorización automática de la flecha en línea y las cintas de cobre recocido blando, la capa de blindaje semiconductor interna debe ser ligeramente más gruesa o igual que la externa. Para cables de 6–10–35 kV, el grosor de la capa interna suele ser de 0,5–0,6–0,8 mm.
(2) Blindaje metálico
Los cables con una tensión nominal superior a 0,6/1 kV deben contar con una capa de apantallamiento metálico. Esta capa debe aplicarse a cada conductor aislado o núcleo del cable. El apantallamiento metálico debe consistir en una o más cintas metálicas, trenzas metálicas, capas concéntricas de alambres metálicos o una combinación de alambres y cintas metálicas.
En Europa y otros países desarrollados, debido al uso de sistemas de doble circuito con puesta a tierra resistiva y altas corrientes de cortocircuito, se suele emplear el apantallamiento con hilo de cobre. Algunos fabricantes integran los hilos de cobre en la cubierta de separación o en la cubierta exterior para reducir el diámetro del cable. En China, salvo en algunos proyectos clave que utilizan sistemas de doble circuito con puesta a tierra resistiva, la mayoría de los sistemas emplean fuentes de alimentación de circuito simple con puesta a tierra mediante bobina de supresión de arco, lo que limita la corriente de cortocircuito al mínimo, permitiendo así el uso de apantallamiento con cinta de cobre. Las fábricas de cables procesan las cintas de cobre duro adquiridas mediante corte y recocido para lograr una elongación y resistencia a la tracción adecuadas (una cinta demasiado dura rayará la capa de apantallamiento aislante, mientras que una demasiado blanda se arrugará) antes de su uso. Las cintas de cobre blando deben cumplir con la norma GB/T11091-2005, Cinta de cobre para cables.
El blindaje de cinta de cobre debe consistir en una capa de cinta de cobre flexible superpuesta o dos capas de cinta de cobre flexible enrollada helicoidalmente con espacios. La superposición promedio de la cinta de cobre debe ser del 15 % de su ancho (valor nominal), y la superposición mínima no debe ser inferior al 5 %. El espesor nominal de la cinta de cobre debe ser de al menos 0,12 mm para cables unipolares y de al menos 0,10 mm para cables multipolares. El espesor mínimo de la cinta de cobre no debe ser inferior al 90 % del valor nominal. Dependiendo del diámetro exterior del blindaje de aislamiento (≤25 mm o >25 mm), el ancho de la cinta de cobre suele ser de 30 a 35 mm.
El apantallamiento de alambre de cobre está compuesto por alambres de cobre blandos enrollados helicoidalmente, asegurados con un enrollado contrahelicoidal de alambres o cintas de cobre. Su resistencia debe cumplir con los requisitos de la norma GB/T3956-2008 Conductores de Cables, y su sección transversal nominal debe determinarse según la capacidad de corriente de falla. El apantallamiento de alambre de cobre se puede aplicar sobre la cubierta interior de cables de tres conductores o directamente sobre el aislamiento, la capa de apantallamiento semiconductora exterior o una cubierta interior adecuada en cables de un solo conductor. La separación promedio entre alambres de cobre adyacentes no debe exceder los 4 mm. La separación promedio G se calcula mediante la fórmula:
dónde:
D – diámetro del núcleo del cable bajo el blindaje de alambre de cobre, en mm;
d – diámetro del alambre de cobre, en mm;
n – número de cables de cobre.
2. El papel de las capas de blindaje y su relación con los niveles de voltaje.
(1) Función del blindaje semiconductor interno y externo
Los conductores de cable generalmente se compactan a partir de múltiples hilos trenzados. Durante la extrusión del aislamiento, pueden existir huecos, rebabas y otras irregularidades superficiales entre la superficie del conductor y la capa aislante, lo que provoca la concentración del campo eléctrico, dando lugar a descargas locales en el espacio de aire y descargas en forma de árbol, y reduciendo el rendimiento dieléctrico. Al extruir una capa de material semiconductor (apantallamiento del conductor) sobre la superficie del conductor, se garantiza un contacto hermético con el aislamiento. Dado que la capa semiconductora y el conductor se encuentran al mismo potencial, incluso si existen huecos entre ellos, no se generará campo eléctrico, evitando así las descargas parciales.
De forma similar, existen espacios entre la superficie de aislamiento exterior y la cubierta metálica (o blindaje metálico), y cuanto mayor sea el nivel de voltaje, mayor será la probabilidad de que se produzca una descarga en el entrehierro. Al extruir una capa semiconductora (blindaje aislante) sobre la superficie de aislamiento exterior, se forma una superficie equipotencial exterior con la cubierta metálica, eliminando los campos eléctricos en los espacios y evitando las descargas parciales.
(2) Función del blindaje metálico
Las funciones del blindaje metálico incluyen: conducir corriente capacitiva en condiciones normales, servir como vía para la corriente de cortocircuito durante fallas; confinar el campo eléctrico dentro del aislamiento (reduciendo la interferencia electromagnética externa) y asegurar un campo eléctrico radial uniforme; actuar como línea neutra en sistemas trifásicos de cuatro hilos para conducir corriente desequilibrada; y proporcionar protección radial contra el bloqueo del agua.
Hora de publicación: 28 de julio de 2025